用于鋰離子電池的快速充電算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請總體上設(shè)及對基于裡離子的牽引電池進(jìn)行充電。
【背景技術(shù)】
[0002] 在使用間隙對電動車輛和插電式混合動力車輛的電池進(jìn)行充電，W恢復(fù)電池的能 量來用于下一個使用周期。車輛可連接到充電器，其中，充電器連接到電源。充電器被控制 為將電壓和電流提供給電池W恢復(fù)電池的能量?？墒┘拥碾娏髁亢碗妷毫咳Q于許多因 素。目前的車輛電池可在數(shù)小時內(nèi)充滿電。隨著電動車輛和插電式混合動力車輛日益普及， 可能對減少電池的充電時長存在需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 一種電池充電系統(tǒng)包括：至少一個控制器，被配置為：維持對電池單元的充電，直 到電池單元電壓比推薦的最大電壓超出了由充電電流和電池電阻定義的量為止，使得所述 電池單元電壓在充電期間持續(xù)增加，而沒有恒定電壓充電階段。所述充電電流可W是大致 恒定電流，所述大致恒定電流被選擇W使所述電池W預(yù)定速率獲得電荷。所述預(yù)定速率為 15C的充電速率。所述充電電流可W是基于大致恒定的充電功率水平的。所述至少一個控 制器還可被配置為：響應(yīng)于電池單元電壓變?yōu)楸韧扑]的最大電壓大出了由充電電流和電池 電阻定義的量，而中斷對電池單元的充電。所述至少一個控制器還可被配置為：估計所述電 池電阻。所述充電電流可包括交流電流（AC)分量和直流電流值C)分量，使得所述交流電 流分量的幅值小于所述直流電流分量的幅值，并且所述至少一個控制器還可被配置為：基 于所述交流電流分量的幅值和交流電壓的幅值，來估計所述電池電阻。所述推薦的最大電 壓可W是電池單元制造商針對裡基電池單元定義的最大推薦電壓。所述推薦的最大電壓可 W是4. 2伏特。
[0004] 一種對電池單元進(jìn)行充電的方法包括：通過控制器W大致恒定電流對所述電池單 元進(jìn)行充電，使得電池電壓在充電期間持續(xù)增加，而沒有恒定電壓充電階段，其中，所述大 致恒定電流被選擇W使所述電池單元W預(yù)定速率獲得電荷；當(dāng)所述電池電壓比推薦的最大 電壓超出了由所述電流和電池電阻定義的量時，終止所述充電。所述預(yù)定速率可W是15C 的充電速率。所述方法還可包括：通過所述控制器基于一個或更多個電壓和電流的測量值， 來估計所述電池電阻。所述方法還可包括：將交流電流添加到所述大致恒定電流中，使得所 述交流電流的幅值小于所述大致恒定電流的幅值，并且通過所述控制器基于所述交流電流 的幅值和交流電壓的幅值，來估計所述電池電阻。所述推薦的最大電壓可W是4. 2伏特。 陽0化]一種電池充電系統(tǒng)包括：至少一個控制器，被配置為：W大致恒定電流維持對電 池單元的充電，其中，所述大致恒定電流被選擇W使所述電池單元W預(yù)定速率獲得電荷；當(dāng) 電池單元電壓比推薦的最大電壓超出了由所述電流和電池電阻定義的量時，中斷充電，W 使所述電池單元電壓立刻下降大約所述量。所述預(yù)定速率可使得所述電池單元在不到5分 鐘內(nèi)從0%的荷電狀態(tài)充電到100%的荷電狀態(tài)。所述量可W是所述大致恒定電流和所述 電池電阻的乘積。所述推薦的最大電壓可W是制造商針對裡基電池單元定義的最大電壓極 限。所述至少一個控制器還可被配置為：將交流電流分量添加到所述大致恒定電流，使得所 述交流電流分量的幅值小于所述大致恒定電流的幅值，并且基于所述交流電流分量的幅值 和交流電壓的幅值，來估計所述電池電阻。所述至少一個控制器還可被配置為：如果所述電 池單元的溫度大于預(yù)定溫度，則中斷充電。所述至少一個控制器還可被配置為：如果所述電 池單元在預(yù)定時間段內(nèi)沒有超出所述推薦的最大電壓所述量，則中斷充電。
【附圖說明】
[0006] 圖1是示出典型的動力傳動系統(tǒng)和儲能組件的混合動力車輛的示圖。
[0007] 圖2是由多個電池單元組成并且由電池能量控制模塊監(jiān)測和控制的可能的電池 組布置的示圖。
[0008] 圖3是示例性電池單元的等效電路的示圖。
[0009] 圖4是示出了針對典型的電池單元的可能的開路電壓（V。。）相對于電池荷電狀態(tài) (SOC)的關(guān)系的曲線圖。
[0010] 圖5是根據(jù)一個可行的實(shí)施例的電池充電系統(tǒng)的示圖。
[0011] 圖6是示出用于對電池單元進(jìn)行充電的可行的控制器實(shí)現(xiàn)方法的流程圖。
[0012] 圖7是示出在去除充電電流之后電池單元電壓松弛的曲線圖。
[0013] 圖8是示出與傳統(tǒng)的充電循環(huán)相比，可行的快速充電循環(huán)的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施例；然而，將理解的是，所公開的實(shí)施例僅 僅是本發(fā)明的示例，其中，本發(fā)明可WW各種可替代形式來實(shí)現(xiàn)。附圖無需按比例繪制；一 些特征可被夸大或縮小W示出特定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不 應(yīng)被解釋為具有極限性，而僅僅作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員W多種方式利用本發(fā)明的代 表性基礎(chǔ)。
[0015] 在此描述本公開的實(shí)施例。然而，應(yīng)該理解，所公開的實(shí)施例僅僅是示例，而其他 實(shí)施例可采用各種替代形式。附圖無需按比例繪制；一些特征可被夸大或最小化W示出特 定組件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)不應(yīng)被解釋為具有限制性，而僅僅作 為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員W多種方式利用本發(fā)明的代表性基礎(chǔ)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 將理解的，參考任一附圖示出和描述的各種特征可W與在一個或更多個其它附圖中示出的 特征組合，W產(chǎn)生未明確示出或描述的實(shí)施例。示出的特征的組合提供用于典型應(yīng)用的代 表性實(shí)施例。然而，可期望將與本公開的教導(dǎo)一致的特征的各種組合和變型用于特定應(yīng)用 或?qū)嵤┓绞健?br>[0016] 圖1描繪了典型的插電式混合動力電動車輛（P肥V)。典型的插電式混合動力電動 車輛12可W包括機(jī)械地連接到混合動力傳動裝置16的一個或更多個電機(jī)14。電機(jī)14可 W能夠作為馬達(dá)或發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，混合動力傳動裝置16機(jī)械地連接到發(fā)動機(jī)18?；?合動力傳動裝置16還機(jī)械地連接到驅(qū)動軸20,驅(qū)動軸20機(jī)械地連接到車輪22。當(dāng)發(fā)動機(jī) 18開啟或關(guān)閉時，電機(jī)14可W提供推進(jìn)和減速能力。電機(jī)14還用作發(fā)電機(jī)，并且能夠通 過回收在摩擦制動系統(tǒng)中通常將作為熱損失掉的能量來提供燃料經(jīng)濟(jì)效益。通過允許發(fā)動 機(jī)18W更有效的速度運(yùn)轉(zhuǎn)并允許混合動力電動車輛12在特定狀況下在發(fā)動機(jī)18關(guān)閉的 情況下W電動模式運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)14還可W減少車輛排放。
[0017] 牽引電池或電池組24儲存可W被電機(jī)14使用的能量。車輛電池組24通常提供 高電壓DC輸出。牽引電池24電連接到一個或更多個電力電子模塊。一個或更多個接觸器 (未示出）可在斷開時使?fàn)恳姵?4與其它組件隔離，并在閉合時使?fàn)恳姵?4連接到其 它組件。電力電子模塊26還電連接到電機(jī)14,并且在牽引電池24和電機(jī)14之間提供雙 向傳輸能量的能力。例如，典型的牽引電池24可提供DC電壓，而電機(jī)14可能需要S相AC 電來運(yùn)轉(zhuǎn)。電力電子模塊26可W將DC電壓轉(zhuǎn)換為電機(jī)14所需的=相AC電。在再生模式 下，電力電子模塊26可W將來自用作發(fā)電機(jī)的電機(jī)14的S相AC電轉(zhuǎn)換為牽引電池24所 需的DC電壓。在此的描述同樣適用于純電動車輛。對于純電動車輛，混合動力傳動裝置16 可W是連接到電機(jī)14的齒輪箱，并且發(fā)動機(jī)18可W不存在。
[0018] 牽引電池24除了提供用于推進(jìn)的能量之外，還可W提供用于其它車輛電氣系統(tǒng) 的能量。典型的系統(tǒng)可W包括DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28,DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28將牽引電池24 的高電壓DC輸出轉(zhuǎn)換為與其它車輛負(fù)載相兼容的低電壓DC供應(yīng)。其它高電壓負(fù)載（比如， 壓縮機(jī)和電熱器）可W在不使用DC/DC轉(zhuǎn)換器模塊28的情況下，直接連接到高電壓。低電 壓系統(tǒng)可W電連接到輔助電池30 (例如，12V電池）。
[0019] 車輛12可W是可由外部電源36對牽引電池24再充電的電動車輛或插電式混 合動力車輛。外部電源36可連接到電插座。外部電源36可電連接到電動車輛供電設(shè)備 巧VS巧38。EVSE38可W提供電路和控制，W調(diào)節(jié)并管理在電源36和車輛12之間的能量傳 輸。外部電源36可W向EVSE38提供DC電力或AC電力。EVSE38可具有用于插入到車輛 12的充電端口 34中的充電連接器40。充電端口 34可W是被構(gòu)造為將電力從EVSE38傳 輸?shù)杰囕v12的任何類型的端口。充電端口 34可電連接到充電器或車載電力轉(zhuǎn)換模塊32。 電力轉(zhuǎn)換模塊32可對從EVSE38供應(yīng)的電力進(jìn)行調(diào)節(jié)，W向牽引電池24提供合適的電壓 電平和電流電平。電力轉(zhuǎn)換模塊32可與E